既有建筑物地下空間互連互通施工技術

陸 峰

上海建工集團股份有限公司 上海 200080

目前，實現地下空間互連互通常用的施工方法有盾構施工法、淺埋暗挖法、明挖施工法、頂管施工法等[1-3]。本文以海口市國興大道人行通道項目為例，詳細闡述了采用頂管非開挖技術實現相鄰地下空間互連互通的施工風險以及采取的針對性措施，以期為今后類似的工程提供借鑒。

1 工程概況

1.1 工程簡介

擬建的國興大道人行通道項目位于海口市大英山片區，以國興大道為界，北側是美蘭區，南側是瓊山區。本工程為下穿國興大道的2座人行地道，總建筑面積約為2 908.8 m2。2座人行通道位置分別位于國興大道與大英山西三路交叉口東側和國興大道與五指山南路交叉口西側，南北向下穿國興大道，整體呈“C”字形布置，將實現行人不間斷穿過擁有10車道的城市主干道，實現省政務服務中心二期南廣場地下車庫、迎賓樓與日月廣場免稅店的連接。國興大道人行通道項目頂管位置如圖1所示。

圖1 國興大道人行通道項目頂管位置示意

1.2 水文地質簡介

1.2.1 地質條件

根據勘察成果，本場地勘察深度內的巖土層按其成因、巖性及物理性質分為8個大層，分別如下：①雜填土、②含砂粉質黏土、③粗砂、④粉質黏土、⑤粗砂、⑥粉質黏土、⑦粉砂、⑧粉質黏土。

1.2.2 水文條件

場地地下水水位為4.5 0 ～5.7 0 m（水位標高為10.09～11.67 m），根據勘察報告：場地內⑤粗砂層基本為直接與上部③粗砂含水層連通，水位與潛水水位基本一致；⑦粉砂層上覆厚度較大的⑥粉質黏土相對隔水層，其水位對工程施工影響不大，故未測其水位。根據區域水文地質資料，地下水位年變化幅度約為1.50 m，結合勘察成果及場地條件，確定地下水最高水位標高為12.00 m。

1.2.3 不良地質條件

1）特殊性巖土。根據勘察報告，施工范圍內的特殊性巖土主要為填土，結構松散，其中國興大道現狀路上表層為混凝土路面，厚度0.3～0.6 m，下部為路基填筑土，揭露層底埋深0.90～3.70 m，主要以碎石、碎磚混黏性土為主。

2）地下障礙物。擬建人行通道沿線環境總體較為開闊，主要為現狀道路及綠化等，場地內分布大量的市政管線包括給水、排水、電力、信息、燃氣等，埋深不一，且存在燃氣、電力頂管。

2 聯絡通道施工方案簡介

東側通道：建設范圍為北工作井北墻至日月廣場地下室邊界，南北向總長約127 m，其中頂管段長度90.8 m，頂管段頂部覆土約為5 m，采用矩形頂管法施工，坡度為＋0.5%，穿越土層為③粗砂、④粉質黏土。

西側通道：建設范圍為迎賓樓用地邊線至日月廣場地下室邊界，南北向總長約115 m，其中頂管段長88.4 m，頂管段頂部覆土約5 m，采用矩形頂管法，坡度為＋1%，穿越土層為②含砂粉質黏土、④粉質黏土、⑤粗砂。

矩形頂管隧道的外包尺寸為6.9 m（寬）×4.2 m（高），管節長度為1.5 m、厚度為0.45 m。

3 風險源分析及針對性措施

3.1 頂管始發及接收中的風險

3.1.1 風險原因分析

頂管始發及接收施工向來是頂管施工中的難點之一。無論始發還是接收，在洞門打開至頂管機推入洞門過程中，洞中土體完全暴露在外，容易引起水土滲漏，嚴重時將發生塌方而造成工程事故。而且在頂管推進過程中，頂管始發洞門一直處于打開狀態，橡膠襪套（圖2）一旦發生破壞，或密封不嚴密將引起洞門外的水土流失，逐漸形成滲漏通道，造成地面沉降、周圍管線變形等。

3.1.2 風險控制措施

1）始發洞門止水裝置。始發井洞門尺寸為7.2 m×4.5 m，與管節尺寸6.9 m×4.2 m存在一定的間隙，為保證洞口的安全（不漏水漏沙），需要安裝洞口止水裝置，應安裝在洞口設計預留法蘭上。洞口止水裝置由橡膠止水圈與翻板組成，需與設計軸線保持同心，誤差＜5 mm。安裝順序：螺栓→橡膠簾布板→壓板。安裝之前須對簾布橡膠板上所開螺孔位置、尺寸進行復核，確保其與洞圈上預留螺孔位置一致。為保證安裝螺栓的牢固，對螺栓與鋼洞圈進行焊接處理，確保螺栓的牢固。安裝順序自上而下進行。壓板螺栓應可靠擰緊，使簾布橡膠板緊貼洞門，防止矩形頂管接收后漿液泄漏。

2）頂管機內部預留注漿孔。考慮洞門風險為重要風險因素，為保證洞口止水效果，在頂管機內部預留注漿孔，利用洞門四周預留注漿孔向洞門間隙填充固體黏土，保證四周洞門空隙始終處于填充飽和狀態。頂管機內部頂部和底部分別預留2個，兩側分別預留1個。

3）接收井止水裝置。接收前，先對洞門位置進行測量確認，根據實際頂管機標高安裝頂管機接收基座（接收架），并在接收井洞門安裝止水裝置，如圖3、圖4所示。配備封洞門鋼板、補充注漿等材料。

圖3 接收洞口止水裝置剖面

圖4 “鐵枕”平面

① 2道止水鋼板高度高于頂管管節外壁10 mm，在對應每個三角撐的位置割開10 mm高的切口。

② 在洞口下側設置2個“鐵枕”，“鐵枕”低于頂管機姿態下方5 mm，并且高于接收架5 mm。

③ “鐵枕”為20 mm厚鋼板焊接而成，其前部留有坡口。滿焊接在洞門圈上。

4）始發、接收洞口加固和輔助降水措施。

① 水泥系加固。頂管共設置4個工作井，其中2個始發井，2個接收井，采用φ1 000 mm@700 mm高壓旋噴樁對進出洞區域進行強加固以及后靠加固。

② 矩形頂管進出洞輔助降水措施。考慮孔隙潛水的含水層，地表水系與孔隙潛水的粉砂、粉土層具有較好的水力聯系。若加固體中存在缺陷，可能形成潛水往頂管洞口區滲流的通道，在洞門打開時造成漏水。根據加固特點，圍護樁與加固體之間由于基坑開挖后，形成一條薄弱區接縫，地下水可能通過此薄弱區域形成向洞門區的滲流通道。另外，矩形通道加固區及未加固區交界處可能通過通道外壁形成與洞內的通道，造成漏水漏砂。故本次主要針對頂管進出洞、進出洞加固情況與圍護樁與加固區形成的薄弱區接縫等風險因素，在頂管洞門加固體與原狀土的交界處布置降水井。針對頂管單個端頭都布置2口降水井，采用φ550 mm孔徑鉆孔成孔，降水井深度至通道底部3 m，采用φ273 mm、壁厚4 mm的鋼管為降水管井，周圍回填厚200 mm級配礫石過濾層。

3.2 防止頂管機后退的風險

3.2.1 風險原因分析

由于矩形頂管頂進機的斷面較大，前端阻力大，實際施工中，即使管節頂進了較長距離，但每次拼裝管節或加墊塊時，主頂油缸一回縮，頂管機和管節仍會一起后退5～10 cm。當頂管機和管節往后退時，頂管機和前方土體間的土壓平衡受到破壞，土體面得不到穩定支撐，易引起頂管機前方的土體坍塌，若不采取一定的措施，路面和管線的沉降量將難以得到控制。

3.2.2 風險控制措施

在發射架前基座的兩側各安裝1套止退裝置，如圖5所示。當油缸行程推完，需要加墊塊或管節時，將銷子插入管節的吊裝孔，再在銷座和基座的后支柱間放入鋼墊塊和鋼板。管節的后退力通過銷子、銷座、墊塊傳遞到止退裝置和發射架上。止退裝置和基座焊接在一起。為了減少管節的后退力，在管節上插入銷子，在止退前應將正面土壓力釋放30%左右。

圖5 止退裝置安裝示意

止退架采用的豎向支撐為200 mm工字鋼，焊接在發射架上。2道斜撐和1道支撐采用200 mm工字鋼組合焊接在豎向支撐上，同時支撐止退反力，工字鋼內加筋處理。

3.3 地面沉降和管線沉降的風險

3.3.1 風險原因分析

頂管施工覆土厚度普遍都小于頂管機高度，部分覆土3.6～4.4 m屬淺覆土矩形頂管施工，且穿越路段管線眾多。

3.3.2 風險控制措施

1）頂管施工前。向管線單位了解管線情況，通過管線資料與現場情況進行比對分析，對頂管施工涉及的管線進行徹底排摸，掌握各管線材質、埋深、管徑以及與頂管通道的相對位置關系等，對有必要的管線設置沉降監測點以便更加及時準確地掌握管線沉降、變形情況。并與管線權屬單位協商，組建完整的應急體系，制定切實可行的方案，明確施工控制措施，并嚴格按照通過評審的施工方案實施，確保管線在整個施工過程的安全穩定。

2）頂管推進過程。頂管始發后，盡快建立正面土壓，摸索頂進參數，為后續頂進服務；嚴格控制正面土壓，保證出土量與頂進速度相匹配；當頂管機穿越管線時應盡量不糾偏或少糾偏，以減少對土體與管線的擾動；頂管施工過程加強監測，監測數據及時反饋至技術人員，分析后指導頂管頂進；在頂進過程中，利用多級泵進行持續、均勻的壓漿，使出現的建筑空隙被迅速填充，并根據實測的沉降情況進行不壓漿，保證土體穩定。同時，頂管區域環境復雜，地面交通流量大，考慮最大限度減少頂管頂進對地面沉降的影響，對頂管管節采取在管節制作過程中設置（DN50）壓泥孔的方式，待地面沉降達到預留報警值后，打穿壓泥孔進行泥漿壓注。壓泥孔在每節管節頂、底部各設置3個，左右兩側各設置2個，共計10個。壓泥孔壓注主要位于管節上及重要壓力管線位置。施工過程中持續監測地面沉降，結合實際情況進行壓泥作業。壓泥壓力最大控制在0.3 MPa，壓泥量需配合地面沉降監測情況，及時反饋。

3）頂管貫通后，及時對洞門進行封堵，確保封堵質量，對管節外進行漿液固化，穩定后期沉降。同時，對地面及通道進行后續跟蹤測量，直至地面及管節沉降穩定達到設計要求，并可根據測量情況對局部進行補壓漿處理。如果地面后續沉降超過警戒值，將采用土砂泵對管節上部土體進行壓泥處理，填充空隙，使地面及管線的沉降穩定在管線單位要求的范圍內。

4 結語

為了實現地下空間互連互通，本文以海南省海口市國興大道人行通道項目為例，簡要闡述了采用頂管非開挖施工技術實現相鄰地下空間的互連互通，并結合本工程的特點，分別從頂管始發及接收中的風險、防止頂管機后退的風險以及地面沉降和管線沉降的風險這3個方面進一步分析了頂管施工的風險原因以及采取的針對性措施，從而為今后地下空間實現大規模的互聯互通開發建設提供借鑒。